Redis——详解五种数据结构

Redis——详解五种数据结构

在上一篇文章中我们已经大致了解了 Redis 在并发场景下的工作流程，下面我们就来学习一下 Redis 的应用层面的东西

前面我们讲了 Redis 与 memcache 的最本质的区别就是 Redis 键值对数据 key–value 中的 value 有五种数据类型，基于这五种数据类型及 Redis 提供的对五种数据结构操作的 API 方法，我们能够很方便的对指定的属性进行查询，返回给用户请求指定的属性值，而不必返回全量的数据组成的 JSON 对象

如果使用 memcache 返回全部的数据组成的 JSON，还需要在 client 端编写代码解析，才能够获取指定的字段值；而使用 Redis 中的五种数据类型，就能够使服务器返回指定的字段值。

核心思想就是使计算向数据移动。memcache 计算流程在客户端完成，客户端要处理大量的逻辑，server 端只返回大量的数据；而 Redis 的计算发生在 Server 端，根据客户端请求返回指定的数据，客户端相对比较轻盈

Redis 中 value 值有五种数据类型，每种数据类型都有各自的方法，每种方法是和各自类型绑定的

除了 key-value 键值对中 value 有五种数据结构，在 key 中其实也有优化。key 中有一个 type 属性，会登记注册对应的 value 的类型，如果你非要用一个对 int 类型的方法来操作 string 类型的数据，就会直接报错——类型不匹配。除了 type 属性，key 中还有 encoding 类型，使用 object 命令可以观察 value 的 encoding 是 string 还是 int

Redis 开发者通过在 key 中内置的 type 和 encoding 两个小细节优化，大大减少了后续的数据类型判断，提高了 Redis 的响应能力。众所周知，Redis 最显著的特点就是快，其实 Redis 的快就是通过许多这样小小的细节优化，慢慢的把优势积累出来的。

一、String

Redis 进程里面是分为了 16 个独立的区域，即 16 个库，key 创建在不同的区域，其他的区域是看不到的、是隔离的

String 类型又分为字符串、数值、bitmap（位图）三种数据类型，面向每一种数据类型，都有各自的操作命令

1、字符串类型

面向字符串常见命令：

• set：设置指定 key 的 value 值
• get：得到 key 对应的 value 值
• append：在原来的 value 值后追加字符串
• setrange：从给定偏移量下标，覆盖原来的字符串
• getrange：从指定下标位置取一定偏移量的字符串(正反向索引)
• strlen：获得指定 key 的 value 字符串长度

2、数值类型

面向 string 类型数据，除了有针对字符串的指令之外，还有一些针对数值的操作：

• INCR：int 类型自增 1
• INCRBY：int 类型增加指定数值
• DECR：int 类型自减 1
• DECRBY：int 类型自减指定数值
• INCRBYFLOAT：int 类型加上 float 类型数据

我们通过这些命令可以像操作 int 类型数据一样，直接对 string 类型数据进行数值运算，它的底层实现可以归纳为二进制安全

应用场景：

• 抢购、秒杀、详情页、点赞数、评论数等等需要对数值进行增减操作的地方

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二进制安全？

Redis 是支持多种语言连接的核心的中间件，不同的语言对于数据类型的理解是不一样的。有的语言认为 int 占两个字节，有的认为 int 占四个字节，如果用 int 存放一个占用 4 个字节的大整数，另外一种准备用 2 个字节接收的时候就会发现空间不够用，出现溢出错误

所以 Redis 在存放数据的时候，并不是使用字符流，而是使用字节流，一个字符占用一个字节，所以 9999 占用 4 个字节

说白了就是 Redis 底层存放数据的时候就是按照字节存放的，key 中的 encoding 只是在上层做了一些优化，如果没有 encoding 的话，每次进行运算的时候都要先进行类型判断，判断数据类型是否能够转换；而 key 中使用 encoding ，如果上次使用 int 类型做运算，解析成功了，那么这次的运算就不需要再进行判断，只需要直接进行运算即可

总结一下：所有使用 Redis 的用户，需要在用户端沟通好数据的编码和解码，Redis 里面是没有数据类型概念的

3、bitmap

bitmap 即位图，是 Redis 中最值钱的，也是最难理解的，精力不够，暂时略过

二进制位的数据在操作系统中，CPU 的运算速度是最快的，所以 bitmap 应用于快速运算有很大的优势

面向 bitmap 常见命令：

• set：设置位图
• bitpos：寻找第一个二进制位
• bitcount：统计 1 出现的次数
• bitop：

位图的应用场景：

• 用于滑动窗口
• 等等

二、list

Redis 中 key-value 键值对中的 value 也可以是 list 结构，是双向队列

面向 list 结构常用命令：

• lpush：从左侧依次插入
• rpush：从右侧依次插入
• lpop：从左侧依次弹出
• rpop：从右侧依次弹出
• lindex：给出索引，取出对应元素
• lset：给出索引，设置对应元素值
• lrange：取出所有元素，也可以根据索引取出指定范围的元素
• lrem：删除元素
• linsert：插入元素
• blpop：阻塞式的获取数据

使用不同的命令组合，可以使 list 结构表现出不同的数据结构的特性

• 栈：栈的特点是先进后出，使用同向命令组合 lpush + lpop 或者 rpush + rpop
• 队列：队列的特点是先进先出，使用反向命令组合lpush + rpop 或者 rpush + lpop
• 数组：数组是有序的，使用索引来操作元素，使用命令 lindex + lset
• 阻塞队列（单播队列）：使用阻塞式的命令，使队列一段阻塞，表现为单播对列，可用于发布——订阅模式。使用命令 blpop

三、hash

Redis 中 key-value 键值对中的 value 也可以是 hash 键值对结构，相当于 hashmap 里面又放了一层 hashmap，这其实也是我们见到过的用法

面向 Set 的命令：

  HDEL key field [field ...]
  summary: Delete one or more hash fields
  since: 2.0.0

  HEXISTS key field
  summary: Determine if a hash field exists
  since: 2.0.0

  HGET key field
  summary: Get the value of a hash field
  since: 2.0.0

  HGETALL key
  summary: Get all the fields and values in a hash
  since: 2.0.0

  HINCRBY key field increment
  summary: Increment the integer value of a hash field by the given number
  since: 2.0.0

  HINCRBYFLOAT key field increment
  summary: Increment the float value of a hash field by the given amount
  since: 2.6.0

  HKEYS key
  summary: Get all the fields in a hash
  since: 2.0.0

  HLEN key
  summary: Get the number of fields in a hash
  since: 2.0.0

  HMGET key field [field ...]
  summary: Get the values of all the given hash fields
  since: 2.0.0

  HMSET key field value [field value ...]
  summary: Set multiple hash fields to multiple values
  since: 2.0.0

  HSCAN key cursor [MATCH pattern] [COUNT count]
  summary: Incrementally iterate hash fields and associated values
  since: 2.8.0

  HSET key field value
  summary: Set the string value of a hash field
  since: 2.0.0

  HSETNX key field value
  summary: Set the value of a hash field, only if the field does not exist
  since: 2.0.0

  HSTRLEN key field
  summary: Get the length of the value of a hash field
  since: 3.2.0

  HVALS key
  summary: Get all the values in a hash
  since: 2.0.0

以上解释在 redis 进程中使用命令行 help @hash 获得，由于不会设置高亮，感觉不是很简洁明了，所以后面还是不使用了

如果不支持 hash 这种 key-value 键值对的存储格式，存储键值对格式的数据将会很麻烦，使用 hash 进行设置的话就会很方便：

//设置单个 kev-value：对 key 为 5170203 的人的 value 进行设置姓名

hset 5170203 name mjt

//设置多个key-value：对 key 为 5170203 的人的 value 进行设置姓名、年龄、性别

hmset 5170203 name mjt age 18 gender man

此时可以使用 hgetall 命令，得到一个 key 的所有 key-value 属性，类似于面向对象的操作，减少请求的 IO 次数

四、set

set 最需要记住的特点是元素唯一、适于集合操作、适合随机操作

面向 set 的命令：

  SADD key member [member ...]
  summary: Add one or more members to a set
  since: 1.0.0

  SCARD key
  summary: Get the number of members in a set
  since: 1.0.0

  SDIFF key [key ...]
  summary: Subtract multiple sets
  since: 1.0.0

  SDIFFSTORE destination key [key ...]
  summary: Subtract multiple sets and store the resulting set in a key
  since: 1.0.0

  SINTER key [key ...]
  summary: Intersect multiple sets
  since: 1.0.0

  SINTERSTORE destination key [key ...]
  summary: Intersect multiple sets and store the resulting set in a key
  since: 1.0.0

  SISMEMBER key member
  summary: Determine if a given value is a member of a set
  since: 1.0.0

  SMEMBERS key
  summary: Get all the members in a set
  since: 1.0.0

  SMOVE source destination member
  summary: Move a member from one set to another
  since: 1.0.0

  SPOP key [count]
  summary: Remove and return one or multiple random members from a set
  since: 1.0.0

  SRANDMEMBER key [count]
  summary: Get one or multiple random members from a set
  since: 1.0.0

  SREM key member [member ...]
  summary: Remove one or more members from a set
  since: 1.0.0

  SSCAN key cursor [MATCH pattern] [COUNT count]
  summary: Incrementally iterate Set elements
  since: 2.8.0

  SUNION key [key ...]
  summary: Add multiple sets
  since: 1.0.0

  SUNIONSTORE destination key [key ...]
  summary: Add multiple sets and store the resulting set in a key
  since: 1.0.0

使用 set 的优势在于 set 中的元素唯一、不可重复

set 的另一个优势在于提供了许多对于集合的操作，支持集合的交集、并集和差集

同时基于 srandmember 命令，set 相当适合基于随机事件的场景

五、sorted_set

我们说 set 有很多好处，唯一不可重复，适用于集合操作和随机事件，不过 set 的缺点就是无序，有些需要顺序的情况下，就很难使用 set 结构。此时就可以使用 sorted_set

sorted_set 结构又称为有序集，是对 set 的优化，可以对数据去重还支持数据有序，这个顺序是对元素的排序

sorted_set 也是 Redis 中常用的东西，由排序可以引出如下概念：

• 元素：使用 sorted_sort 的时候有些命令是关注于元素，根据参数可以给出元素排名、分值
• 分值 score：给出分值区间，可以取出哪些元素
• 索引 index：给出索引，可以取出哪些元素

sorted_set 也是 set，同样适合于集合的操作，不过关于 sorted_set 的操作要注意权重问题，交并差集的指令稍微复杂一点，所以要多熟悉相关指令的使用细节

关于 sorted_set 面试也会常问其排序是怎样实现的？增删改查的速度是怎样保证的？——其核心点就是基于跳跃表的实现

总结：五种数据结构总结

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